有源滤波器实验报告

实验七

集成运算放大器的基本应用

(H)—有源滤波器

一、实验目的

1、熟悉用运放、电阻和电容组成有源低通滤波、高通滤波和带通、带阻滤波器。

2、学会测量有源滤波器的幅频特性。

二、实验原理

图7 —1四种滤波电路的幅频特性示意图

由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器，其功能是让一定频率范围内

的信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面，但因受运算放大器频带限制，这类滤波器主要用于低频范围。根据对频率范围的

选择不同，可分为低通(LPF)、高通(HPF)、带通(BPF)与带阻(BEF)等四种滤波器，它们的幅频特性如图7 —1所示。

具有理想幅频特性的滤波器是很难实现的，只能用实际的幅频特性去逼近理想的。一般来说，滤波器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。滤波器的阶数越高,幅频特性

(a)低通

(C)带通(d)带阻

衰减的速率越快，但RC网络的节数越多，元件参数计算越繁琐，电路调试越困难。任何高阶滤波器均可以用较低的二阶RC有滤波器级联实现。

1、低通滤波器(LPF)

低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号。

如图7 —2 (a)所示，为典型的二阶有源低通滤波器。它由两级RC滤波环节与同相比例运算电路组成，其中第一级电容C接至输出端，弓I入适量的正反馈，以改善幅频特性。

图7—2 ( b)为二阶低通滤波器幅频特性曲线。

图7 —2二阶低通滤波器

电路性能参数

R f

A UP=^- 二阶低通滤波器的通带增益

R I

截止频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。

状。

2、高通滤波器(HPF

与低通滤波器相反，高通滤波器用来通过高频信号，衰减或抑制低频信号。

只要将图7—2低通滤波电路中起滤波作用的电阻、电容互换，即可变成二阶有源高通滤波器，如图7 —3(a)所示。高通滤波器性能与低通滤波器相反，其频率响应和低通滤波器是“镜象”关系，仿照

LPH分析方法，不难求得HPF的幅频特性。

1

2ΠR

1

3 -A UP

品质因数，它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形

(a) 电路图(b)频率特性

(a)

电路图(b) 幅频特性

图7 —3二阶高通滤波器

电路性能参数A U P- f o Q各量的函义同二阶低通滤波器。

图7 —3 (b)为二阶高通滤波器的幅频特性曲线，可见，它与二阶低通滤波器的幅频特性曲线有“镜像”关系。

3、带通滤波器(BPF)

(a)电路图(b)幅频特性

图7-4 二阶带通滤波器

这种滤波器的作用是只允许在某一个通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低

和比上限频率高的信号均加以衰减或抑制。典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其

中一级改成高通而成。如图7 —4 (a)所示。

电路性能参数

通带增益A uP = R4 Rf

UP R4R1CB

+ 12V

RE 47K

选择性

此电路的优点是改变R f和F4的比例就可改变频宽而不影响中心频率。

4、带阻滤波器（BEF）

如图7—5 （a）所示，这种电路的性能和带通滤波器相反，即在规定的频带内，信号不能通过（或受到很大衰减或抑制），而在其余频率范围，信号则能顺利通过。

图7—5二阶带阻滤波器

电路性能参数

1

Q

2(2 -A UP)

二、实验设备与器件

中心频率

——2( 1 1 )

2π R2C R i R3

通带宽度

R f

C R1& R3R4

在双T网络后加一级同相比例运算电路就构成了基本的二阶有源

通带增益A UP=1

空

R1

中心频率

1

2τEC

带阻宽度B= 2 ( 2—A UP) f o

选择性

频率特性

电路图(b

)

1

、± 12V 直流电源2、函数信号发生器 3、双踪示波器 4、交流毫伏表 5、频率计

6

四、实验内容

1、二阶低通滤波器 实验电路如图7- 2(a) (1)

粗测：接通± 12V 电源。U i 接函数信号发生器， 令其输出为U

= 1V 的正弦波信号, 在滤波器截止频率附近改变输入信号频率， 用示波器或交流毫伏表观察输出电压幅度的变化 是否具备低通特性，如不具备，应排除电路故障。

(2) 在输出波形不失真的条件下，选取适当幅度的正弦输入信号，在维持输入信号幅

度不变的情况下，逐点改变输入信号频率。测量输出电压，记入表 7-1中，描绘频率特性曲

线。

f(Hz) 100 300 500 700 800 900 937.8 1k 1.5k 2k 3k Vo(V) 8

8

8

7.6

6.06

6.32

5.47

4.72

3.12

1.88

0.86

2 实验电路如图7— 3(a)

(1)粗测：输入U = 1V 正弦波信号，在滤波器截止频率附近改变输入信号频率，观察 电路是否具备高通特

性。

(2)测绘高通滤波器的幅频特性曲线，记入表 7-2。 f(Hz)

100 110 300 500 800 1k 2k Vo(V)

5.28

5.76

7.6

7.6

7.6

7.6

7.6

、μ A741× 1;电阻器、电容器若干。

表7 —

1